Основные данные и удельные параметры ГТД

 

Авиационный двигатель характеризуется прежде всего основными данными, к которым относятся:

P	–	тяга ТРД(Ф), ТРДД(Ф), Н (кН);
N е	–	эффективная мощность на валу ТВаД и ТВД (ТВВД), Вт (кВт);
N э	–	эквивалентная мощность ТВД и ТВВД, включающая кроме N е, работу тяги собственно двигателя (см. гл. 8), Вт (кВт);
G т	–	расход топлива, кг/с;
M дв	–	масса двигателя, кг;
D, L	–	габаритные размеры, мм;
t	–	ресурс, ч;
S	–	стоимость, руб.

Основные данные не могут служить критериями для сравнительной оценки совершенства различных двигателей. Сравнивают двигатели и оценивают их совершенство по относительным величинам: удельным параметрам и различным КПД (которые рассмотрены в гл. 5, 6 и 7). К важнейшим удельным параметрам относятся: удельный расход топлива и удельный вес, а также лобовая тяга, удельная объемная тяга и удельная тяга.

Удельный расход топлива показывает, сколько топлива нужно затратить для получения 1 Н тяги (1 Вт мощности) в течение 1 ч:

 

C уд =,кг / (Н · ч) [кг / (кН · ч)]; (1.2)

 

C е =,кг / (Вт · ч) [кг / (кВт · ч)]; (1.2а)

C э =,кг / (Вт · ч) [кг / (кВт · ч)]. (1.2б)

 

Величина C уд характеризует экономичность ТРД(Ф) и ТРДД(Ф), а C е и C э – соответственно экономичность ТВаД и ТВД (ТВВД). Величины C е и C э – называют соответственно эффективный и эквивалентный удельные расходы топлива.

Удельный вес – это отношение веса (силы тяжести) двигателя к его тяге:

g дв =. (1.3)

 

Он характеризует конструктивное и термодинамическое совершенство ТРД(Ф) и ТРДД(Ф), которое оценивают также по удельной массе, по отношению массы двигателя к его тяге (мощности):

 

g д =,кг/Н (кг/кН); g д N е =;

(1.3а)

g д N э =,кг/Вт (кг/кВт).

 

Очевидно, что g дв = g g д, где g = 9,81 м/с².

Удельный расход топлива и удельный вес, как будет показано в гл. 16 [42], в значительной степени определяют эффективность эксплуатации пассажирских и транспортных самолетов с дозвуковыми скоростями полета.

Лобовая тяга представляет собой отношение тяги двигателя к площади миделевого (максимального) сечения. Часто ее определяют по отношению к площади входа, которую легко найти, в том числе на начальном этапе выбора параметров, когда габаритные размеры двигателя неизвестны:

P F =,H / м² (кН / м²).

 

Величина P F при известной тяге двигателя однозначно определяет площадь входа. Пропорционально площади входа изменяется внешнее сопротивление двигателя, которое, кроме того, зависит от квадрата скорости полета. Поэтому лобовая тяга является характеристикой особо важной для двигателей, предназначенных для сверхзвуковых скоростей полета.

Удельная объемная тяга представляет собой отношение тяги двигателя к его объему:

 

P V =, H / м³ (кН / м³).

 

Она характеризует компактность двигателя и приобретает очень важное значение для подъемных двигателей, размещение которых в самолете связано со значительными трудностями.

Удельная тяга – это отношение тяги к расходу воздуха. Она показывает, какая тяга развивается двигателем в расчете на 1 кг воздуха, проходящего через него:

 

P уд =, H·c/кг (м/c). (1.4)

 

Величина P уд при известной тяге однозначно определяет расход воздуха через двигатель. По величине G в, в свою очередь, определяются площади характерных сечений на основании формулы расхода

 

G i =, кг/c, (1.5)

 

где p *i, T *i – полное давление, Па, и полная температура рабочего тела, К, в рассматриваемом сечении; F i – эффективная площадь этого сечения, м²; q (l i) – относительная плотность тока (газодинамическая функция); q (l i) = l i – численный коэффициент (кг · К /Дж) ^0,5; m в = 0,0405 для воздуха, m г = 0,0397 для газа.

Площадь эффективного сечения проще определить по формуле

 

F i =, (1.5а)

 

если известны скорость потока в этом сечении и его плотность r i = p i / R T i.

Удельная тяга, таким образом, оказывает определяющее влияние на диаметральные габариты двигателя и, следовательно, на его массу. Через удельную тягу выражается, как будет показано в гл. 7, удельный расход топлива.

Удельная тяга и удельный расход топлива ТРД при неизменных внешних условиях зависят главным образом от параметров рабочего процесса: температуры газа перед турбиной T *г и степени повышения давления в компрессоре p *к. Удельные параметры двухконтурного двигателя зависят, кроме того, от степени двухконтурности m и степени повышения давления в компрессоре (вентиляторе) наружного контура p *к II. На удельные параметры двигателей с форсажными камерами влияет также температура газа на выходе из форсажной камеры T *Ф. Анализ этих зависимостей занимает в курсе "Теория двигателей" одно из центральных мест (гл. 7 и 9).

Основные технические данные (кроме массы, габаритов, ресурса и стоимости) и удельные параметры выполненного двигателя зависят от внешних полетных и атмосферных условий и от режима работы двигателя. Поэтому в качестве характерных (используемых для сравнения) принимают данные и параметры двигателя в стандартных условиях при H = 0, M п = 0 на максимальном режиме, а также в условиях длительной работы двигателя на крейсерском режиме при расчетных значениях высоты и скорости полета (для современных авиалайнеров при H = 11 км, M п = 0,8).